автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структурообразование при электрокристаллизации железа и разработка технологического процесса железнения для восстановления и упрочнения колец скольжения станов мокрого волочения

р г о ^

пил?

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАЖ УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИЯ им.НЕКРАСОВА

На правах рукописи ермолаев Юр1Ей Алексеевич

структкрсооразозашз при эш©р0штд5!:зл15я1

к®а и РАЗРАБОТКА школогического ПРОЦЕССА железнек1я ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕЕЕЯ колец сношения СТАНОВ КОЙГОГО ВОЯОЧ5Ш

Огецивльиость 05.16.01 - Металлэоэлвикв и тврелиеская ■ • обработка* металлов

Ааторофорат диссертации на сонсканяо ученей емпзии кандидата технических наук

Лнэшопзтроасн - 1056

Работа выполнена в Одесском Открытом Акционерном обществе "Стальканат".

доктор химических наук, профессор В.М.КОЗЛОВ

доктор технических наук В.В.Парусов

доктор технических наук О.Б.ГИРШГ кандидат технических наук А.М.НЕСТЕРЕНКО

Днепропетровское Открытое Акционерное общество "Днепромегиз"

Е^па состоится "5 " О.Прел9 199в г. в ^ часов на заседании етециализщхжашюго совета К 03.09.01 в Институте чзрной металлургии НШ Украины по адресу: 320050, г. Днепроштровск, пл. Академика Стародубова, I.

С диссертацией можно ознакшиться в библиотеке Института.

, Автореферат разослан "22" ф>£&рй П I"6 г;

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты

Бздущее предприятие

Ученг-й секретарь Сгоциализщюванного совета канд. техн.наук

—Г^.Левчвнко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДМССЕРТЩШНШ РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним ив интенсивно изнашиваемых у.чж.е станов мокрого волочения, используемых в сталзпроволочно-канатном производстве, • являются кольца скольжения, которые традиционно изготавливаются из термически улучшенной стьлн 1ПХ 15. Ввиду частой сменяемости колец екилыкения встала проблема ¡замены этоз дорогостоящей стали на более Дишевый материал, в частности, на сталь 45. Для повышения долговечности колец скольжения, изготовленных из стали 45, целесообразным было бы нанэсьниа па их поверхность твордих гальванических покрытий железа с 'шлконрйе?8Лш<Ч9Ской структурой. При получении таких покрытий на практика Испольй.уйГса два основных способа электроосаздения железа электролиз на г-МпулШюм токе и вг.е дение в электролит мелезнания поверхностно-активных Веществ (ПАВ),

Для более эффективного влияния на процесс электроосахдеппл железа с целью получения покрытий с высокой твердостью и износостойкостью представляется перспективным использования обоих путей воздействия на структуру,а значит - свойства электроосавденных слоев железа. Однако закономерности совместного илияния условий импульсного электролиза и добавок ПАВ на структуройбрэзовоннз при электрояристаллизации железа и физико-мехадическио свойства слезных гальванопокрытия недостаточно изучены. В то же время исследования такого рода вопросов способствовало бы созданию теоретической базы для разработки технологического процесса нанесения гальванопокрытий на поверхность колец скольжения станов мокрого волочения, при котором формируемая реальная структура и комплекс механических свойств покрытий 'обеспечивали бы износостойкость - характерную для термически улучшенной стает Шл 13В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Цель рр.боти. Изучение особенностей отрукгурообразовснмя при электрскристаллиз&ции ¡нелэза и закономерностей влияния рекимо1! олгжтролкза на субструктуру и мехштчоптэ свойства . явлэышх покрытой, полученных в условиях импульсного электролиза и присутствия поверхностно-активного вещества, с цьльь разрасотки технологического процесса иелвэнения для восстановления и уггроч.чауия колец стшюз мокрого волочиния а стала пр>нолочно- кунотном производства. • ■

Научная новизна. - Разработан способ электрокристаллизации кэлезкых гальванопокрытий на поверхности колец скольжения станов ыокрого волочения, обеспечивающий износостойкость, характерную для термически улучшьнной стали ШХ 15 - традиционного исходного материала для колец скольжения.

- Теоретически и экспериментально обоснованы пути управле- ■ юш структурообоазованиэм гальванических покрытий железа, имеющая .мелкокристаллическую структуру и обладающих высоким уровнем фчзико-ме\шшческих свойств.

- Получены новые экспериментальные данные закономерностей совместного влияния режимов импульсного электролиза и концентрации добавки ПАВ (аскорбиновой кислоты) на структуру и механически* свойства гальванических покрытий железа.

- Впервые выявлены особенности структуры электролитических осадков железа, полученных при разных режимах »тульского тока и различных концентрациях аскорбиновой кислоты (АК). Показано, что основная доля дислокчций железных гальванопокрытий локализована

в еубзеренных границах, т.е. субструктура покрытий имела фрагментарный характер.

- Получены новые теоретические данные о механизме возникновения основных типов структурных дефектов в гальванических покрытиях колеза, согласно которым главной причиной образования дислокационных и двойниковых границ является процесс возникновения неко-герзнтных (разориеытировадвых) зародышей.

Практическая ценность 2 реализация результатов работы

Экспериментально установленные закономерности совместного влияния режимов импульсного тока и концентрации добавки АК па структуру и свойства кедааных гальванопокрытий явились теоретической основой для разработки и внедрения в сталепроволочно-каяат-ыое производство технологического процесса келезнения для восстановления и упрочнения поверхности колец скольжения станов мокрого волочения, изготовленных из стали 45,

. На защиту выносягс^ следующие положения;

- Разработанный способ электрокристаллизыщи гальваничес-1сих локрытий железа на поверхности колец скольжения станов мокрого волочения, при котором формируемая, реальная структура железных осадков обеспечивает износостойкость,.характерную для тердически улучшенной стали ШХ 1Б - традиционного исходного материала для колец скольжения.

- Установленные закономерности влияния режимов импульсного тока и концентрации добавки ЛК на средний размер зорен и областей когерентного рассеяния, ттекстуру, плотность дислокация, величину остаточных макрокапряжений и микротвердость железных гальванопокрытий.

Выявленный общий дислокационно-фрагментшй характер субструктура электрокристаллических осадков железа, полученных в условиях больших перенапряжений (пересыщений) и присутствия адсорбированной добавки АК.

- Проведенный термодинамический анализ процесса нэкогерентного зародышеообразования, как основной причины возникновения кристаллических дефектов в гальванически покрытиях келеза.

- Закономерности влияния температуры отгэта на субструктуру, остаточные накронапряяезшя, микротвердость и износостойкость жолезних гальванопокрытий.

Апробация тоботы. Основные результата работа доложена на научно?,! семинаре отраслевой научно-исследовательской лаборатории прикладной металлофизики пнэразрушашдах методов контроля Одесского Государственного университета им. И.И.Мечникова, апрель 1993 г., научно-технической конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии'в машиностроении", Одесса, сентябрь 1994 г., паучком семинаре кафедры физики Металлургической Академии Украины, Днепропэтровск, май 1994 г., научпом семинаре Института черной металлургии НАН Украины, Днепропетровск,-'карт 1935 г..

I

Публикация материалов . Материалы диссертационной работы опубликованы в 8 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения (общих выводов), содержит 23 рисунка и 3 таблицы, список использованной литературы включает 130 наименований. Содержание диссертации изложено на 93 страницах машинописного текста.

В первой главе проведен литературный обзор, . в котором рассмотрены следующие вопросы: электрокристаллизация металлов, дефекты кристаллического строения гальванопокрытий к кэхакизм образования кристаллических дефектов при элеитрокристалллзации металлов.

Литературный обзор завершен постановкой задач, решр'чых н диссертационной работе.

Во второй главе описаны экспериментальные метода исследования мшсроструктури, субструктуры, текстуры, напряжений I рода и механических свойств. В числе структурных методов . были рештечоструктурный анализ и просвечивающая электронная микроскопия.

Нанесение железных покрытий проводилось из сернокислого электролита с добавкой аскорбиновой кислоты. Форма поляризующего така носила импульсный характер (длительность импульса и интервал между импульсами составляли 0,01 с).

Управление структурообразованием при нанссошш покрытий осуществлялось варьированием следующих параметров: максимальной плотности тока в имупльсе , значением плотности тока мевд

импульсами Jmln и концентрацией добавки АК в ¡электролите.

Величина jaax обеспечивала определенную скорость

алактрокристшшзащта в »вдпульсе, а величина J - определенную скярость электрокристаллизации между импульсами тока.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИИ ЭЛЕКТРОЛИЗА НА СТРУКТУРУ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ОСАДКОВ ЖЕЛЕЗА

В результате проведенных исследований были установлены закономерности влияния указанных параметров- осавдония на структуру ^лонных гальванопокрытий. В частности, било обнаружено, что при относительно малых значениях j (5...10 А/дм"), соответствующих скоростям кристаллизации 40.. .80 мкм/чао, железные пмфытия имели крупнокристаллическое строение со средним размером зерен порядка б...7 мкм. Причем, субструктурные образования (дислокационные ш:. двойниког.ыв границы), как правило, не наблюдались. На микроалектронограммах присутствовали линии Кикучи, что свидетельствовало об относительно совершенном строении Ш1УТрИЭврвШ:иХ объемов покрытий.

В то ке время покрытия, полученные при высоких скоростях, криотпллгоаци» (240...280 мкм/чао), с одной стороны, характеризовались ментам, размером зерен порядка 2-3 мкм, с другоЯ стороны,- фрагментарной субсгруктуройг которая носила слоистой характер. Никроди^ракциснныа аншшз субзерешшх границ показал, что 0|Г/. яилялась либо дислокационным» с углами разорионткровки порядка нескольких градусов, либо - двойниковыми с плоскостью двойниковшшя |ХШ.

Кроме того, было обнаружено, что железные покрытия, осакдэшкэ при высоких амплитудных значениях плотности тока, в отличи-э от осадков, полученных при низких значениях J характеризовались наличием двух фракций зерен, резко отличающихся по размеру на фоне относительно крупных кристаллитов наблюдались конгломераты мелких зерен.

В результате рентгенографических исследований было установлено, что 'с увеличением амплитудного значения плотности тока размер областей когерентного рассеяния (ОКР) монтонно уменыаался, а величина относительных микродеформаций кристаллической решетки и плотность дислокаций в покрытиях возрастала.

Эти данные свидетельствуют о том, что с повышением скорости кристаллизации возрастает поляризация катода, а значит электрокристаллизация кэлеза проходит в условиях, все более дэлзких от термодинамического равновесия, вследствие чего увеличивается число центров кристаллизации я повышается плотность дислокаций в осадках квлоза.

Ренгенографичвское исследование текстуры железных гальванопокрытий показали, что с ростом электрокристаллазации степень текстурованности осадков повышалась (осью преимущественной ориентировки зерен было направление <Ш> ).

Электронно-микроскопическими исследованиями было обнаружено, что в присутствии .АК концентрацией 0,5 г/л и выше гальванопокрытия келеза становились все более мелкокристаллическими (средний размер зерен составлял величину порядка I мкм). Причем двойниковых границ становилось все меньше, а субзереннсе, дислокационное строение сохранялось. 1

Ренгенографическими исследованиями установлено, что с повышением концентрации аскорбиновой кислота размер областейкогерентного рассеяния гальванических железных покрытий существенно уменыаался (от 350 до 90 А), а величина микродеформацяй1 и плотность дислокаций увеличивались.

Текстурные исследования показали, что с ростом концентрации АК ось текстуры <ИЬ постепенно изменялась на <П2> . Это свидетельствовало о сильном адсорбционном влиянии добавки АН на процесс электрокристаллизации.

Было установлено, что электроосаздвние келеза на импульсном токе с промежуточной плотностью тока 2-5 А/дм2 в присутствии аскорбиновой- кислоты . позволяет получать плотные, мелкокристаллические, однородные по размеру зерен^покрытия с . тзэсьма

быокоя плотностью дислокаций.

Анализ результатов проведенных структурных исследований и лпгературиых данных дают основание считать, что основные типы д-л'октов кристаллического строения железных гальванопокрытий (шжэеранниа шсокоугловые границы, дислокационные субзеренные границы и двойники роста) возникают на стадии образования каког&ретных (разоринтированных) зародышей. Был проведен теоретический анализ некогерентного зародышеобразовакия с позиций классической термодинамики.

Пилучеш аналитические выражения для работ образования накогер&нтиых • зародышей и зародышей с нормальным к^псталлогра^йЧо^ким сопряжением с собственной подложкой.

Учитывая, что плотность дислокаций, порождаемых на стадии некогерентного зародшаеобразовашш, пропорциональна углу {равор^штировю! зародышей, рассмотрено влияние крясталишзациошшх факторов на субструктуру покрытий.

Было «оказано, что повышение величины поляризации катода должно . -способствовать увеличению вероятности некогерентного -зародыаеобразоваия и, как следствие атого, росту плотности . дислокаций в гальванопокрытиях.

Теоретический анализ также показал, что кроме величины ■ поляризации, .па субструктуру покрытий существенное влияние оказывает . состояние поверхности катода, которое регулируется введением ПАВ ¡ определенной концентрации. Рассмотренный механизм возникновения.,, .'■дислокаций в гальванопокрытиях находится в хорошей корреляции с " :,»ксквр'<о.!еатальными данными.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИИ ЭЛШСТЮОСАЖШЯ НД МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ОСАДКОВ ЖЕЛЕЗА

Ьнла лрсмдены исследования влияния параметров импульсного тока и концентрации АК на остаточные макронапрякеиия, микротьердость и илпоосюйкость железных гальванопокрытий. В частности, биг,о устмю!ц;адо, что с ростом скорости электрокрияталлизащш гамротвордоств железных гальванопокрытий монотонно увеличивалась, нрнчом твердость осадков железа, полученных в присутствии АК была гня» в сравнении с покрытиями, осахдеюшми из "чистого" электролита <рис,1). •

Н^,, Ц/мм*

то

4т

3000 2000-¿000

¿>Т, М/мм2

40 80 МО -/60 ДМ 2ЧО 280 сяорос ть мемтрояри с тлллиз/щш,

Рис Л. Влияние скорости электрокристаллизации на микротвердость (1,2) и величину остаточных макронапряжений (3,4) железных покрытий, полученных без АН (графики 2,3) и в присутствии АК концентрацией 0,5 г/л (гранки 1,4). ' '

Эта разница в значениях микротвердости покрытий была тем значительное, чем выше была скорость кристаллизации.

Что касается макронапряжений железных осадков, то они

существенно возрастали с увеличением значения л • , когда

ш&х

электролит не содержал добавку АК и практически оставались на низком уровне, когда электролиз проводился в присутствии АК. Таким образом, электроосавдение железа при высоких плотностях тока в присутствии добавки АК дает возможность получать менее напряженные покрытия по сравнению с электроосавдением из "чистого" электролита.

Было установлено, что с повышением значения ^ от нуля до 10 А/дм2 твердость же л езных гальванопокрытий незначительно

повидалась, причем твердость осадков железа, полученных в присутствии АК, все время оставалась более высокой по сравнению с покрытиями, осажденными из "чистого" электролита. Кроме того, покрытия с АК были менее напряженными, хотя величина макронапряжений таких покрытий несколько повышалась с ростом значения

Исследования влияния АК на свойства покрытий показали, что с увеличением концентрации АК в электролите твердость осадков железа повышалась, причем наиболее существенно - в диапазоне концентраций от О до 0,6 г/л (рио.2).

Рис.2. Влияние концентрации аскорбиновой кислоты на мик-ротверлость (1,2) и величину остаточных макрола-пряжений (3,4) осадков железа, полученных при нулевой значении промежуточной плотности тока (графики 2,4) и значении , равном Б А/г«2 (графики 1,3).

Ваьисинооть величины макронапряжеюА мвлоашх ооодков, оолучлвшх при нулевом эначеин Jяíп , от концентрации АК нооит

оложяый характер. В случае se осэкцения квлеза при значении j , равном 5 А/дм2, величина концентрации Alt не оказывала сус.вствсчшго влияния на уровень макронапряжаний покрытий.

На основании проведенных исследований били выбраны оптимально условия электроосаждения, обеспечивающие получение покрытий с высокой твердостью и относительно низкими макронапрякеццпчи. амплитудная плотность тока далвда быть равной 30-35 А/дгЛ а оптимальная величина концентрации Alt должна составлять 0,5 г/л. Величина промежуточной плотности тока j . должна бить порл.яш ? А/дм2. т1П

Согласно результатам структурных исследований, когианш: гальваические покрытия, полученные при оптимальных осаждения, ¡¡мели следующие особенности.

1. Мелкозернистость покрытий келеза. сровгай размер зерен был Mouse I мкм (это обусловлено как гшсокой стенанью иоляриговецностп катода, так и адсорбционными явления?® на катоде, связанные а присутствием добавки АК).

2. Однородное распределение зерен по размеру (этот фактор, по-видимому, связан с первкготзокяи зффеэто» за сэдт водорода, интенсивно выделявдегося в период продолжения тока кокду к.шульсакл).

3. Высокая стдакь аксиальной тэкстуровзшости едэль кристаллографического направления <112> .

4. Фрагментация зерен покрытий, т.о. наличие регулярних суйграниц (двойшковых и даиокешюших) с внеокой плотностью дислокаций.

5. Присутствие в осадках звдиза частиц чудзроднух веществ, в частности, аскорбиновой кислота, которая попадает в покрытие путем захвата в процессе элэкгрокриетэллизвцш ¡кэлеза.

На рис.3 приведены результаты исследования износостойкости железных гальванопокрытий, полученных при разных значениях коицентращш'АК и промежуточной плотности тока Jnjn • *:п проставлены значения кшфотвердости покрц?;Ш.

Представленные результаты показывают, что четкой корреляции даэду износостойкостью и твердостью глектроосаждэшшх слоар "влэзо не наблюдается.

С повышением концентрация аскорбиновой кислоты .износостойкость гальванопокрытий сначала возрастает, а затем -существенно поклянется {«акротвэрдость при этом все время увеличивается), относительно высокая износостойкость осадков лелэза, полученных из электролита, содержащего АК концентрацией 0,5 г/л, объясняется опта!';>лышм

сочетанием прочностных и пластических свойств,

Кизкая износостойкость покрытий, осажденных при относительно ьысокм значеии концентрации аскорбиновой кислоты (1г/л) и имеющих большую ■ микротвердость (4650 ШшЗ), вероятно, связана с присутствием в полезных осадках большого количества ЛК и, как следствие этого, повышенной хрупкостью покрытий.

Рис.3. Влияние концентрации аскорбиновой кислоты С

{ 1 - 35 А/да2, з , = 0) и значения шах влп

-с ак = 0,5 * ш ттчту изн00э железных покрытий (иа гистограмме в скобках указаны значения микротвердости), - износ стали Шх 16.

Исследования износостойкости железных -гальванопокрытий, полученных при разных значениях промежуточной плотности тока (2, 5 и 10 А/дм2), показали, что износостойкость электролиткчского колыза кчюк> повысит», но только за счет введения в электролит вскор-зииошП тсхъги- оптимальной концентрации, но « путем «спользов£тп:я нкгидьоного тока о соотавлящ&Й Л • *• -ровной ¡3 Л/дм (риа.з;.

влияние отжига на субструкгурзг И механические свойства

электролитических покритга еелеза

Били проведены исследования влияния иготерглге&ского дорекристаллизэционного отжига на субструктуру, остаточные макронапряжения и микротвердость полезных гальванопокрытий с целью определения оптимальных режимов отжига, при которых могшо было бы окиДать повышения износостойкости покрытий.

Электронномякроскоганеские исследования электролитических осадков келеза, прошедших изотермический отжиг, показали, что субзеренные дислокационные границы железных покрытий, не содержащих добвЕку АН, распадаются при температурах отжига 2СЮ°С и выше, т.е. процесс разупрочнения этих гальванопокрытий, по-видимому, связан с распадом наименее стабильных субзеронкнх границ и соответствующим укрупнением субзерен. Распаду дислокационных границ должно способствовать обезводорсживание электролитических осадков келеза, которое, судя по литературным данным, происходит при температуре отжига порядка 1Б0...200°С.

Как было установлено, субзеренная структура жийша покрытий, содержащих добавку ал, сохраняет стабильность "(устойчивость} апо более высоких температур по сравнению -с осадками келезэ.

При этом, и. уЕирение рентгеновских „чинка ащваявгсш да Оодее высоких температур отжига. Это, по-вядимаму, ®ааганэ .с влиянием • молекул ак (которые можно расгаатривзть как дисперсные частицы) на стабилизация (устойчивость) дислокационных- субзеренных границ. Кроме того, вя исключено, что при 100° с молекулы аскорбиновой килоты частично разлагаются, и •обретащие диффузионную подвижность примаскзк агама углерода образуют "облака Коттрвлла" вокруг дпслтаягЯ суйэерешшх границ, тем самым повышая кх термическую

дасдага-очно высоких температурах отккга (более ло'/' С) субз?р- ня-та тгрптщ» железных гальванопокрытий, полученных с до'/жкоп АК, стабильность, .происходит их распад, субструктурэ

осадко!, келиза укрупняется я» как .следствие ргого, одновр^-ито происходят процессы разупрочнения и сужения ренгенсвских линия.

Было .установлено, 'что разупрочненио (пониженно вс-личины гикротв^рдости) происходило п ра1;шх температурных интервала?, для г.эячзних покрытий, содеркацих к несодоряппш доблгку ЛК: елчд твердости осодкои голэзя, полученных ил "чистого" пл^ктролиг!, НПЧЯНОЛСЛ О твммрптуры порядка ТЮ...?!Ю0 В П> Рр-М;' 1Г>К

разупрочнение железных покрытий, осажденных в присутствии добавки ЛК, происходило при температуре отшга более 300°С.

Ре иге но гр а<1« ч в ски о исследования показали, что суке гаю ренгеновской лиши <2П> покрытий, осажденных без добавки АК, начинается при теотаратурэ отжига 1БО°С в то же время, как для гальванопокрытий железо, полученных в присутствии АК, сужение линии начинается при более высоко»! температуре отжига ( >250°С).

Исходя из этих данных мояно сделать вывод о том, что для железных покрытий, содержащих добавку АК, разупрочнение происходит одновременно с сужением ренгеновских линий, а дпя "чистых" оса.,;;ов железа сужение линий предшествует разупрочнеотпо. Причем оба эти процесса (сужение линий и разупрочнение) для образцов электролитического железа первого типа начинаются при более выоких • температурах отжига ( >250°С), чем для железных покрытий второго типа.

Таим образом, квдио откатить следущиэ основные последствия дорекристаллиэшгошюго отбыта, которые могут способствовать некоторому повысшшэ износостойкости железных гальванопокрытий.

1. Полное снятие остаточных макронапржений в электролитических ' осадках жолэоа (4 > 100°С).

2. ОбдэюЕороттаШЕПЕО еояэзных гальванических покрытий (t > 150° С). Этот процесс умэпьшаэт вероятность хрупкого разрушения покрытий.

3. Стабилизация (позышзшга устойчивости) дислокационных субзеренпнх гркг.щ осадков колеза, лодучзшшх в присутствии. добавки аскорОкноЕой кпелотн {ь > 1Б0°С).

Как показала механические испытания на износ, отжиг железных гальваничеешк .покрытий (температура, оташта - 200°С, время откига -I чэс), полученных пра оггшаалышх риалах ©лектрсоеавдэния в • присутствии добавки АК хогаштрвцпой С,5 тЛд, гоэвоии увалпгвпъ износостойкость адвктроосокдаякяк сло&в зкзхзва в 1,2.,Л,4 раза. Поэтому мозща считать цэлооообразкда дроведшие дополнительного низкотекпзрзт.'рпаго отнята вокрытаЗ, наносимых на кольца

станов мокрого волоченая итшюзцювогочпо-гасатпого производства, с целью повышения их тжеплуатацзошнх свойств.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЖЕЛЕЗНЕНИН ДОН ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНИМ КОЛЕЦ СТАНОВ МОКРОГО ВОЛОЧЕНИЯ

На основании проведенных исследований был разработан технологический процесс железнения для восстановления и упрочнэтя колец станов мокрого волочения, включаиций в себя следующие операции.

1. Механическая шлифовка поверхности колец скольжения до чистоты 7 класса шероховатости.

2. Электрохимическое анодное обезжиривание при температуре 70...80°С и плотности тока 8...10 А/дм2 в течение б...8 мин в следующем растворе (г/л).

- каустическая сода - Г5...20,

- кальцинированная сода - 30...50,

- трннатрийфосфат - 30...50,

- жидкое стекло - 3...5.

3. Анодное травление поверхности колец в 30 Ж-ном растворе серной кислоты при комнатной температуре и плотности тока 40-60 А/дм2 в течение I мин.

■4. Электролитическое железнение в растворе следующего состава*

- сернокислое железо - 400 г/л,

- аскорбиновая кислота - 0,5 г/л.

Условия электроосаждения. ь - 45°С,

рН - 1.8

о

^ - 35 А/ДМ,

Время электроосажденкя покрытия толдиной 300 мкм составляет 3

часа.

Аноды изготавливаются из низкоуглеродистой стали и завешиваются в чехлах из кислостойкой ткани.

Протравленные кольца переносятся в ванну железнения и выдерживаются Оез тока 30...45 о.

Элактроосаждение железа следуэт начинать со значения ^ «Ос постепенным переходом на режим осаждения, увеличивая это значение со скоростью 5 А/да2 в минуту.. ,

5. Низкотемпературный' отжиг колец скольжения с нанесенная« железными гальванопокрытиями пря теигерагуре 150...200°С в течешь I часа. ' • ~

6. Механическая шлифовка поверхности колец скольжения до чистоты 8...9 класса шероховатости.

Предложенный технологический . процесс электролитического келезнения для восстановления и упрочнения колец скольжения станов мокрого волочения был опробован в производственных условиях научно-производцственной фирмы "Стальканат" (г. Одесса). После нанесения железных , гальванопокрытий на поверхность колец, изготовленных из стали 45, и низкотемпературного отжига они прошли эксплуатацию в цехе мокрого волочения. Производственные испытания показали, что железные покрытия, нанесенные по рекомендуемой технологии, обеспечивают износостойкость, близкую к термически улучшенной стали ПК 15 - традиционному исходному материалу для колец скольжения станов мокрого волочения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработан способ кристаллизации гальванических покрытий железа толщиной 200.. .250 мкм на поверхности колец скольжения станов мокрого волочения, при котором формируемая реальная структура и комплекс механических свойств железных покрытий обеспечивают износостойкость, характерную для термически улучшенной стали ШХ 15 -. традиционного исходного материала для колец скольжения.

2. Управление структурообразованием при нанесении электролитических покрытий железа, осуществлялось варьированием значений максимальной плотности импульса тока ( J ) и

ШАХ

промежуточной плотности тока между импульсами ( ), а также

добавкой определенного количества поверхностно-активного вещества -аскорбиновой килоты ( АК ).

3. Установлено, что число центров кристаллизации железа повышается с ростом значения J г и увеличением количества добавки АК в растворе, что обусловливаетуменьшение среднего размера з?рен гальванопокрытий. Так при = 35 А/дм2 средний размер зерен электролитических осадков железа, не содержащих аскорбиновую кисету, составлял 2-3 мкм, а при введении в раствор добавки АК концентрацией 0,5-0,7 г/л - 1-2 мкм, причем в первом случае характерным является наличие двух фракций зерен, резко отличающихся по размеру, а во втором - только одной фракции.

4. Обнаружено, что размер областей когерентного рассеяния гальванопокрытий железа уменьшался, а микродеформации кристаллической решетки и плотность дислокаций возрастали с повышением значений j , j . и с увеличением концентрации АК.

Остаточные мекронапряжения электроосаженных слоев железа уменьшились при введении в электролит железнения добавки АК концентрацией более 0,4 г/л.

5. Показано, что основная доля дислокаций - железняк гальванопокрытий, полученных ь условиях высокой плотности тока и в присутствии добавки АК, локализована в субз-эрегашх границах, т.е. субструктура таких покрытий имела фрагментарный характер. Угол разориентпровки между субзернами осадков железа составлял величину порядка нескольких градусов.

6. Обнаружены двойники роста с плоскостью ДБоЯпикпоьания (112) в железных гальванопокрытиях, полученных при высоких амрлятудных ¡значениях плотности тока, когда электролит не содержал добавку аскорбиновой кислота. При увеличении концентрации добавки АК степень двойникования зерен электролитического железа понижалась и, начиная с концентрации АК 0,3...0-,5 г/л, субструктура покрытий носила явно выраженный фрагментарно-дислокационный характер.

7. Полученные экспериментальные данные и проведенный термодинамический анализ стадии зародышеобразования позволили сделать предположение, что основной причиной возникновения дислокационных и двойниковых границ в железных покрытиях, полученных при изученных режимах, является процесс возникновения нокогерентных (разоринтированных) зародышей. При изменении условий электрокристаллизации железа в сторону повышения поляризации или усиления адсорбции молекул поверхностно-активных веществ вероятность некогерентного зародышеобразования и, соответственно, величина плотности дислокаций в гальванопокрытиях возрастали.

8. Выявлены закономерности влияния . температуры отжига на субструктуру, остаточные макронапряжения и микротвердость осадков железа, остаточные макронапряжения релаксируют после отжига при температуре 100° О, железные покрытия, содержащие включе!шя АК, сохраняли высокую микротвердость до температуры 250...300° С в то время, как осадки железа, полученные из "чистого" электролита, начинали равупрочняться при 1Ь0...200°С.

9. Сравнительные испытании на износ показали, что тсс.'.-:-низкотемпературного отжига (200°С) в течешь I часа иэносостойьсеть гальванических покрытий илеза повышалась в Г. 2 - 1,4 раза.

10.. Разрябоатнн производственные рекомендации по ря[гес«1я;м железных гальванопокрытий на поверхность стальных колец скольчмния станов мокрого волочения, проведены опытно-прмышлшашо испитыми,), которые показали целесообразность использования ртрпъппния технологии влектрокристаллизации износостойких покрьтий и

еталепроволочно-канатном производстве.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Ермолаев Ю.А., Козлов В.М., Сидельников В.К., Карча А.Г. Об особенностях структуры электролитических осадков железа, полученных с применением импульсного тока// Электронная обработка материалов, $ 4, Кишинев, 1994, с. 47-49.

2. Ермолаев Ю.А., Козлов В.М.6 Сидельников В.К., Карча А.Г. Структура и свойства гальванических покрытий кэлеза, осажденных на импульсном токе в присутствии аскорбиновой кислоты// Электронная обработка материалов, Je 4, Кишинев, 1994, с. 49-51.

3. Ермолаев S.A., {Ссзлов В.М. Злгхстрсосзздзякз гелэга на импульсном токе в присутствии добавки ПАВ// Тез.докл. Укргтшской республ. научно-технической конференции, Киев, 1994, с. 139.

4. Ермолаев Ю.А. Повышение износостойости и долговечности колец скольжения станов мокрого волочения/ Одесский ЦНТЗИ, - Одесса, 1995.- 3 с. (Информ. листок И 074-95).

5. Седаков Д.В.6 Ермолаев Ю.А.6 Косс Е.В., Онищешо Г.Г. Некоторые особенности процесса электролитического осаждения железа. - Деп. в ГНТБ Украины 01.06.95, й 1342 - Ук 95., с. 1-Б.

6. Седаков Д.В.6 Ермолаев Ю.А., Косс Е.В., Онищэнко Г.Г. Влияние химико-термической обработки на износостойкость электролитических железных покрытий.- Деп. в ГНТБ Украины 01.06.95., й 1343 - Ук 95., с. 1-7. ■

7. Козлов В.М.6 Парусов В.В., Ермолаев Ю.А. Исследование влияния параметров электрокристаллизации на твердость и износостойкость железных покрытий / Одесский ЦНТЭЙ, - Одесса, 1995.4 с. (Информ. листок » 261-Э5/Р).

8. Козлов В.М., Парусов В.В., Ермолаев Ю.А. Влияние низкотемпературного отжига на структуру и свойства железных покрытий / Одесский ВДТЭИ, - Одесса, 1995. - 4 с. (Информ. листок Л 262-95/Р).

Yu. A. Ermolayev

Formation of Strukture at Elektric Crystallization of Iron

and Iron Plating Process Development to Restore and Strengthen Wet Drawbench Sliding Rings

Thesis presented for degree of Candidate of Technical Sciences on Speciality 05.16.01. - Metal Science and Thermal Treatment of metals, Iron and Steel Institute, National Acatfenvy of Soiencesof the Ukraine, Dnepropetrovsk, 1996.

Defended are studies dealing with a formation of structure at electric crystallization of iron and the regularities influencing the electrolysis regimes on the substructure and mechanical properties of iron coatings obtained in the course of pulae electrolysis and the prssenca of surfactants in order to develop an iron plating technology to restore and strengthen wet drawbench sliding rings.

Determined are the optimum regimes of iron coating electrocrystallization and1 concentration of the ascorbic asid additives to sulphate iron plating electrolyte that account for a formation of superfine dispersed1 fragmentary structure providing, after a pre-recrystaJization annealing, for a high set of physical and mechanical' proporftlss of iron coatings.

The developed! ecologically clean and economically ieaslble galvanic iron plaiting process is applied to restore and atingthet-n wot drawbench Siid'ina rings made of steel grade 45 instead of the thermally iiPproveS steel' 01X15 ,and is justified when tisnd in the industry. The data proving high efficiency of the developed process is submitted.

Key words: steel, structure, ioSOatin of structure, oleotro-crystalllzation, technology of restoring nand strengthening, sliding rings, wi t drawing.

Ермолаев Ю.А.

Структурообразоваие при электрокристаллизации железа и разработка процесса калэзкешш для восстановлония к упрочнения колец скольжения станов мокрого волочения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.IG.01. - металловедение и терьглчоская обработка металлов, Институт черной металлургии HAH У г ~--пш, Днепропетровск, 1996 г.

Зэвдаются исследования процессов структурообразования при ьлактрокристаллизации железа и закономерностей влияния рокимов электролиза на субструктуру и механические свойства железных, покрытий, полученных в условиях импульсного электролиза и присутствия поверхностно-активного вещества, с целью разработки технологического процесса железнения для восстановления и упрочнения колец станов мокрого волочения.

Опредвдащ оятаяальиые режимы электрокристаллизации железных покрытий и концентрация добавок аскорбиновой кислоты в сернокислый-электролит желэзнения, при которых формируемая свархмэлкодисдарсная фрагментарная структура обеспечивает., после дорекристаллизационного откига , высокий комплекс физико-мехаицческих свойств железных покрытий.

Разработанная, экологически чистая и экономически целесообразная, технология гальванического железнения применяется для восстановления и упрочнения колец скольжения станов мокрого волочения, изготовленных из стали 45, взамен термически улучшенной стали ШХ 15 и опробована в промышленных условиях. Приведены данные, свидетельствующие о высокой эффективности разработанной технологии.

Ключевые слова. сталь, структура, структуроутворення.

електрокристал1защя, технолопя вшговлення i змшнення, К1льце ковзання, мокре волоч1.ння.

Подписано к печати 14 февраля I99S г.

Формат 60x84/16 Зч.-изд.л. 2,00 ТираяйЮ экз. Заказ & 12£

ТИ. Днепропетровск,пл.Стародубова, 1а.